Расчет энергии активации. Уравнение Аррениуса. Ван дер Ваальсовые силы

Расчет энергии активации. Уравнение Аррениуса.
Ван – дер – Ваальсовые силы.
Выполнил:
Дроздов В.И.
Гр. МТ 11-01Б
Энергия активации в химии и биологии - минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция.
Рисунок 1.Раскаленная стружка стали
В химической модели, известной как Теория активных соударений (ТАС) есть три условия, необходимых для того, чтобы произошла реакция
1. Молеклуы должны столкнуться. Это важное условие, однако его не достаточно, так как при столкновении не обязательно произойдёт реакция.
2. Молекулы должны обладать необходимой энергией (энергией активации). В процессе химической реакции взаимодействующие молекулы должны пройти через промежуточное состояние, которое может обладать большей энергией. То есть молекулы должны преодолеть энергетический барьер; если этого не произойдёт, реакция не начнётся.
3. Молекулы должны быть правильно ориентированы относительно друг друга.
Энергия активации в физике — минимальное количество энергии, которое должны получить электроны донорной примеси, для того чтобы попасть в зону проводимости. Термин введён Сванте Августом Аррениусом(Рис.2) в 1889 г. Типичное обозначение энергии реакции Ea.
Рисунок 2. Сванте Август Аррениус
Уравнение Аррениуса
Уравнение Аррениуса устанавливает связь между энергией активации и скоростью протекания реакции:
где k — константа скорости реакции, А — фактор частоты для реакции, R— универсальная газовая постоянная, T— температура в кельвинах.
Еа - энергия активации - это минимальная энергия (в расчете на 1 моль или 1 кмоль), которой должны обладать реагирующие (исходные) частицы, чтобы столкновение между ними привело к ре­акции.
Например, для типичных энергий активации (около 50-100 кДж/моль) скорость удваивается при повышении темпера­туры на 10° , но частота столкновений изменяется только в (308/298)1/2 = 1,02 раза при этом же повышении температуры. С ростом температуры влияние этого фактора уменьшается..
Уравнение Аррениуса достаточно хорошо выполняется для простых гомогенных и многих гетерогенных реакций. Отклонение от этого закона указывает на сложный характер протекающей реакции.
Ван-дер-Ваальсовые силы
Ван-дер-ваальсовые силы — силы межмолекулярного взаимодействия с энергией 0,8 — 8,16 кДж/моль. Этим термином первоначально обозначались все такие силы, но сейчас он обычно применяется к силам, возникающим при поляризации молекул и образовании диполей. Открыты Я.Д Ван-дер-Ваальсом в 1869 году.
Рисунок 3. Хроматическая поляризация
К ван-дер-ваальсовым силам относятся взаимодействия между диполями (постоянными и индуцированными). Название связано с тем фактом, что эти силы являются причиной поправки на внутреннее давление в уравнение состояния реального газа Ван-дер-Вааьса. Эти взаимодействия в основном определяют силы, ответственные за формирование пространственной структуры биологических макромолекул.
Ван-дер-ваальсовые силы также возникают между частицей и молекулой и между двумя частицами.
Ван-дер-ваальсовое взаимодействие состоит из трех типов слабых взаимодействий:
1. Ориентационные силы, диполь-дипольное притяжение.
2. Дисперсионное притяжение (лондоновские силы). Взаимодействием между мгновенным и наведенным диполем.
3.Индукционное притяжение. Взаимодействие между постоянным диполем и наведенным(индуцированным).
Термическим уравнением состояния (или, часто, просто уравнением состояния) называется связь между давлением, объемом и температурой.
Для одного моля газа Ван-дер-Ваальса оно имеет вид:

• p - давление;
• V - молярный объем;
• T - абсолютная температура;
• R - универсаьная газовая постоянная;

Для m молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так: